Name: Design- und Optimierungsstrategien einer Hochleistungs-Belüftungsbox (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-06-09T14:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 23 s
Description: Erfahren Sie Design- und Optimierungsstrategien einer Hochleistungs-Belüftungsbox für Lebensmittellagerung. Diese Methode verbessert die Luftzirkulation und verlängert die Haltbarkeit bei konstantem Energieverbrauch.

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Diese Forschung wird vom Wenzhou Science and Technology Bureau of China (Wenzhou großes wissenschaftliches und technologisches Innovationsprojekt unter der Fördernummer ZG2020029) unterstützt. Die Forschung wird von der Wenzhou Association for Science and Technology mit dem Förderkennzeichen KJFW09 finanziert. Diese Forschung wurde durch das Wenzhou Municipal Key Science and Research Program (ZN2022001) unterstützt.

1. Verarbeitung vor der Simulation
ANMERKUNG: Unter Berücksichtigung der Rohranordnungen, der dreidimensionalen unteren Hälfte und der oberen Hälfte der Modelle der belüfteten Kasten werden die dreidimensionale untere Hälfte und die Speicherung als X_T-Dateien erstellt, die Gesamtabmessungen sind in Abbildung 1 dargestellt. Die Konfigurationen sind in der Materialtabelle aufgeführt.
<ol><li>Führen Sie die Simulationssoftware aus und ziehen Sie die Netzkomponente aus dem Fenster "Komponentensysteme" in das Fenster "Projektschaltplan". Nennen Sie es "der Boden". Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Geometrie , und klicken Sie auf Durchsuchen , um die untere X_T Datei zu importieren.</li>
	<li>Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Geometrie, klicken Sie auf Neue DesignModeler-Geometrie, um das Fenster "Mesh-Designmodeler" aufzurufen, und klicken Sie auf Generieren, um das untere Modell anzuzeigen.</li>
	<li>Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die obere Oberfläche, und klicken Sie auf Benannte Auswahl , um sie in "belüftete box_upper" umzubenennen. Wählen Sie Auswahlfilter: Körper. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das untere Modell, um die benannte Auswahl auszuwählen, und benennen Sie es in "unteres" um.</li>
	<li>Wählen Sie Auswahlfilter: Flächen und schalten Sie den "Auswahlmodus" auf Boxauswahlum. Wählen Sie alle inneren Oberflächen aus, klicken Sie mit der rechten Maustaste, um die benannte Auswahl auszuwählen, und benennen Sie sie in "innere surfaces_external" um, die später als Mech-Schnittstellen definiert werden. Kehren Sie zum Anfangsfenster zurück.</li>
	<li>Doppelklicken Sie auf das untere Netz. Rufen Sie das Fenster "Vernetzung" auf. Ändern Sie die "Physikalischen Einstellungen" von Mechanisch auf CFD. Klicken Sie auf Aktualisieren , um das Netzmodell zu generieren. Kehren Sie zum Anfangsfenster zurück.</li>
	<li>Ziehen Sie dieNetzkomponente aus dem Fenster "Komponentensysteme" in das Fenster "Projektschaltplan". Nennen Sie es "top". Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Geometrie , und klicken Sie auf Durchsuchen , um die oberste X_T Datei zu importieren.</li>
	<li>Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Geometrie und klicken Sie auf Neue DesignModeler-Geometrie, um das Fenster "Mesh-Designmodeler" aufzurufen. Klicken Sie auf Generieren, um das oberste Modell anzuzeigen.</li>
	<li>Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die untere Oberfläche, und klicken Sie auf Benannte Auswahl , um sie in "belüftete box_lower" umzubenennen. Wählen Sie Auswahlfilter: Körper. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das obere Modell, um die benannte Auswahl auszuwählen, und benennen Sie es in "oben" um.</li>
	<li>Wählen Sie Auswahlfilter: Flächen. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die obere Oberfläche, und klicken Sie auf Benannte Auswahl , um sie in Outlet umzubenennen. Kehren Sie zum Anfangsfenster zurück.</li>
	<li>Doppelklicken Sie auf das Netz der Oberseite. Rufen Sie das Fenster "Vernetzung" auf. Ändern Sie die "Physikalischen Einstellungen" von Mechanisch auf CFD. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Mesh , um die Größe unter "Einfügen" auszuwählen. Wählen Sie Auswahlfilter: Körper. Wählen Sie das Topmodell aus und geben Sie 18 in "Elementgröße" ein. Klicken Sie auf Aktualisieren. Kehren Sie zum Anfangsfenster zurück.</li>
	<li>Ziehen Sie die Netzkomponente aus dem Fenster "Komponentensysteme" in das Fenster "Projektschaltplan". Nennen Sie es als Pipe. Importieren Sie die Haltungs- X_T Datei, indem Sie auf Geometrie klicken.</li>
	<li>Rufen Sie das Fenster "Mesh-Designmodeler" auf. Klicken Sie auf Generieren , um die Anzeige des Rohrmodells erneut anzuzeigen.</li>
	<li>Wählen Sie die beiden Endflächen der Haltung aus, und beschriften Sie sie mit "inlet1" und "inlet2" und die Haltung nach Körperauswahl und Beschriftung als Haltung.</li>
	<li>Alle Innenflächen werden durch die Auswahl von Kästchen als "innere surfaces_internal" beschriftet und später als Netzschnittstellen definiert. Kehren Sie zum Anfangsfenster zurück.</li>
	<li>Doppelklicken Sie auf das Netz der Haltung. Rufen Sie das Fenster "Vernetzung" auf. Ändern Sie die "Physikalischen Einstellungen" von Mechanisch auf CFD. Das Netzmodell kann durch Klicken auf "Aktualisieren" generiert werden. Kehren Sie zum Anfangsfenster zurück. Anmerkungen: Abbildung 2A zeigt das Gitter der unteren Hälfte des belüfteten Kastens, Abbildung 2B zeigt das Gitter der oberen Hälfte des belüfteten Kastens und Abbildung 2C zeigt das Gitter des Rohrs. Wie in Abbildung 3 dargestellt, beträgt die Standardabweichung weniger als 0,0008, wenn die Anzahl der Gitter von 4.137.724 auf 5.490.081 zunimmt. Unter Berücksichtigung der Rechenfähigkeit und Genauigkeit basiert die folgende Analyse auf einem Gittermodell mit 4.448.536 Gittern.</li>
</ol>2. Simulationsanalyse
HINWEIS: Die folgenden Vorgänge basieren auf der allgemeinen Abfolge der Simulationsanalyse vom Aufbau über die Lösung bis zum Ergebnis.
<ol><li>Ziehen Sie die Simulationskomponente in das Fenster "Projektschaltplan". Verknüpfen Sie drei Netzkomponenten mit der Simulationskomponente und aktualisieren Sie sie, um sie einzugeben.</li>
	<li>Einrichtung HINWEIS: Das "Setup" besteht aus fünf Schritten: Allgemein, Modelle, Materialien, Zellzonenbedingungen und Randbedingungen.<ol><li>Allgemein: Überprüfen Sie die Gültigkeit des Netzmodells. Prüfen Sie, ob das Netz ein negatives Volumen hat. Wählen Sie Steady (Stetig) aus. Wählen Sie für die Faktoren Relaxation, Residual und Zeitskala die Standardwerte aus. Wenn es ein Problem mit dem geteilten Raster oder den Modelleinstellungen gibt, wird eine Fehlermeldung angezeigt.</li>
		<li>Modelle: Rufen Sie die Einstellschnittstelle von "Viskoses Modell" auf, um das K-epsilon-Modell auszuwählen.</li>
		<li>Materialien: Legen Sie das "Luft"-Material fest.</li>
		<li>Zellzonenbedingungen: Ändern Sie den Typ der Zellzone in Fluid.</li>
	</ol></li>
	<li>Randbedingungen<ol><li>Konvertieren Sie den Typ der belüfteten box_upper, der belüfteten box_lower, der inneren surfaces_external und der inneren surfaces_internal von der Standardeinstellung "Wand" in "Schnittstelle". HINWEIS: Die Simulationssoftware generiert sofort die "Mesh-Schnittstellen", nachdem der obige Schritt beendet wurde.</li>
		<li>Öffnen Sie Mesh-Schnittstellen und rufen Sie das Fenster " Mesh-Schnittstellen erstellen/bearbeiten" auf. Passen Sie die innere surfaces_external an die innere surfaces_internal an. Kombinieren Sie belüftete box_upper mit belüfteten box_lower. Schließlich werden die beiden Netzschnittstellen in der belüfteten Box mit den Namen interface1 bzw. interface2 erstellt.</li>
		<li>Stellen Sie die Strömungsgeschwindigkeiten aller Einlässe im Fenster "Geschwindigkeit Einlass" auf 8,9525 m/s und im Fenster "Druckauslass" den Überdruck des Auslasses auf Null ein.</li>
	</ol></li>
	<li>Lösung<ol><li>Legen Sie den Stil der Projektmappeninitialisierung vor der Initialisierung auf Standardinitialisierung fest.</li>
		<li>Legen Sie die Anzahl der Iterationen auf 2.000 fest.</li>
		<li>Klicken Sie auf Berechnen , um die Simulation zu starten, und kehren Sie zum Anfangsfenster zurück, bis die Simulation beendet ist.</li>
	</ol></li>
	<li>Befund<ol><li>Klicken Sie auf Ergebnisse. Rufen Sie das Fenster "CFD Post" auf und klicken Sie auf das Streamline-Symbol in der Toolbox.</li>
		<li>Wählen Sie Ausgang in "Start von" und Rückwärts in "Richtung". Klicken Sie auf Übernehmen , um das interne Flussdiagramm der belüfteten Box zu erstellen.</li>
		<li>Klicken Sie unter "Position" auf "Ebene", wählen Sie unter "Methode" die Option ZX-Ebene aus, und wählen Sie den Eingabewert 0,6 aus. Klicken Sie auf Anwenden, um die Ebene 0,6 m von der Unterseite entfernt zu generieren.</li>
		<li>Klicken Sie in der Toolbox auf das Symbol "Kontur", wählen Sie unter "Positionen" die Option "Ebene 1", unter "Variabel" die Option "Geschwindigkeit" und unter "Bereich" die Option "Lokal". Klicken Sie auf Anwenden, um die Geschwindigkeitskontur zu generieren.</li>
		<li>Exportieren Sie die Durchflussdaten für die oben generierte Ebene. Erfassen Sie die Standardabweichung der Durchflussrate in einer Tabellenkalkulationssoftware (z. B. Excel). HINWEIS: Es wurde eine Sensitivitätsanalyse von drei strukturellen Variablen des belüfteten Kastens durchgeführt. Die Anzahl der Pfeifen hat vier Ebenen: acht, 10, 12 und 14. Die Anzahl der Löcher in den mittleren Rohren hat vier Ebenen: acht, 10, 12 und 14. Die Anzahl der einzelnen Inkrement von der Innen- zur Außenleitung hat vier Ebenen: Null, Zwei, Vier und Sechs. Modifizieren Sie das Basismodell entsprechend den Änderungen dieser Strukturparameter. Wiederholen Sie die Schritte 1.1 bis 2.5 10 Mal, um die Daten in Tabelle 1 zu erhalten. Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass die drei Strukturparameter bestimmte Auswirkungen auf die Standardabweichung des Durchflusses haben.</li>
	</ol></li>
</ol>3. Orthogonales Versuchsdesign und Entfernungsanalyse
<ol><li>Führen Sie die statistische Analysesoftware aus. Klicken Sie auf Daten und generieren Sie in "Orthogonaler Entwurf".</li>
	<li>Geben Sie pipe_number in "Faktorname" und A in "Faktorbezeichnung" ein. Klicken Sie auf Werte hinzufügen und definieren, um vier Ebenen für die Anzahl der Haltungen festzulegen. Klicken Sie auf Weiter und kehren Sie zum Fenster "Orthogonales Design generieren" zurück.</li>
	<li>Geben Sie whole_number in "Faktorname" und B in "Faktorbezeichnung" ein. Klicken Sie auf Werte hinzufügen und definieren, um vier Stufen für die Anzahl der Bohrungen festzulegen. Klicken Sie auf Weiter und kehren Sie zum Fenster "Orthogonales Design generieren" zurück.</li>
	<li>Geben Sie cumulative_number in "Faktorname" und C in "Faktorbezeichnung" ein. Klicken Sie auf Werte hinzufügen und definieren, um vier Stufen für die Anzahl der Inkremente festzulegen. Klicken Sie auf Weiter und kehren Sie zum Fenster "Orthogonales Design generieren" zurück.</li>
	<li>Klicken Sie auf Neue Datendatei erstellen , um 16 Array-Samples zu generieren. Klicken Sie auf Variablenansicht , um Nominal in "Measure" und Input in "Rolle" auszuwählen. Benennen Sie es in "standard_deviation×100000" um.</li>
	<li>Wiederholen Sie die Schritte 1.1 bis 2.5 mit den obigen Musterpunkten. Die resultierenden 16 Standardabweichungen multipliziert mit 100.000 werden zur späteren Optimierung in die Stichprobenliste eingetragen.</li>
	<li>Klicken Sie unter "Allgemeines lineares Modell" auf Analysieren und univariatieren . Geben Sie standard_deviation×100000 in "Abhängige Variable" und pipe_number, hole_number cumulative_number in "Fester Faktor(e)" ein. Klicken Sie auf Modell- und Build-Terme. Ändern Sie " Interaktion " in "Haupteffekte". Geben Sie A, B, C in "Modell" ein. Klicken Sie auf Weiter und kehren Sie zum Fenster "Univariat" zurück.</li>
	<li>Klicken Sie auf EM-Mittelwerte und füllen Sie A, B, C in "Mittelwerte anzeigen für" ein. Klicken Sie auf Weiter und kehren Sie zum Fenster "Univariat" zurück.</li>
	<li>Klicken Sie auf OK und rufen Sie das Optimierungsergebnis ab. Der Minimalwert der Spalte "Mittelwert" in der Tabelle entspricht der optimalen Variablen. Doppelklicken Sie auf die Tabelle, rufen Sie das Fenster " Pivot-Tabelle" auf, klicken Sie auf Bearbeiten und klicken Sie auf Balken in "Diagramm erstellen", um das Histogramm zu generieren.</li>
</ol>

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</ol>

Die Autoren haben nichts zu verraten.

Aufgrund ihrer hohen Leistungsfähigkeit und komplexen Struktur haben wir in dieser Studie eine belüftete Box auf Basis von Modellierungssoftware gebaut. Wir analysierten die interne Strömung mit Hilfe einer Simulationssoftware. Simulationssoftware ist bekannt für ihre fortschrittlichen physikalischen Modellierungsfunktionen, zu denen Turbulenzmodellierung, Ein- und Mehrphasenströmungen, Verbrennung, Batteriemodellierung, Fluid-Struktur-Interaktion und vieles mehr gehören. Die in dieser Arbeit verwendete Stichprobenauswah...

Frisches Gemüse und Obst nehmen einen hohen Anteil an der menschlichen Nahrungsaufnahme ein, nicht nur, weil sie einen guten Geschmack und eine attraktive Form haben, sondern auch, weil sie für die Menschen von großem Nutzen sind, um sich zu ernähren und die Gesundheit zu erhalten1. Viele Studien haben gezeigt, dass frisches Obst und Gemüse eine einzigartige Rolle bei der Vorbeugung vieler Krankheiten spielt 2,3. Bei der Lagerung von frischem Obst und Gemüse sind Pilze, Licht, Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit die Hauptgründe für deren Verschlechterung 4,5,6,7,8. Diese äußeren Bedingungen beeinflussen die Qualität von gelagertem frischem Obst und Gemüse, indem sie den inneren Stoffwechsel oder chemische Reaktionen beeinflussen9.
Gängige Behandlungstechnologien für Obst und Gemüse umfassen die nichtthermische und thermische Konservierung. Unter anderem wirkt sich die thermische Vorbehandlung positiv auf den Trocknungsprozess aus, kann aber auch nachteilige Auswirkungen auf die Produktqualität haben, wie z. B. Nährstoffverlust, Geschmacks- und Geruchsveränderung sowie Farbveränderung10,11. Daher hat in den letzten Jahren die nicht-thermische Konservierung von Produkten aus der Forschungsperspektive Aufmerksamkeit erhalten, um die Nachfrage der Verbraucher nach frischen Produkten zu befriedigen. Gegenwärtig gibt es hauptsächlich Strahlungsverarbeitung, gepulste elektrische Felder, Ozonverarbeitung, essbare Beschichtungen, Dichtphasen-Kohlendioxid und andere nichtthermische Konservierungstechnologien zur Lagerung von Obst und Gemüse, aber diese Technologien weisen oft Mängel auf, wie z. B. die Anforderung großer Geräte, der hohe Preis und die Nutzungskosten12. Daher ist das Design einer einfachen Struktur, kostengünstiger und bequemer Steuerung der Konservierungsgeräte für die Lebensmittelindustrie von großer Bedeutung.
In der Lagerumgebung für Obst und Gemüse trägt ein geeignetes Luftzirkulationssystem dazu bei, die vom Produkt selbst erzeugte Wärme zu eliminieren, den Temperaturgradienten zu verringern und die Temperatur und Luftfeuchtigkeit in dem Raum, in dem es sich befindet, aufrechtzuerhalten. Eine gute Luftzirkulation verhindert auch Gewichtsverlust durch Atmung und Pilzinfektionen13,14,15. Es wurden zahlreiche Studien zur Luftströmung innerhalb verschiedener Strukturen durchgeführt. Praeger et al.16,17 maßen die Windgeschwindigkeit an verschiedenen Positionen unter unterschiedlichen Ventilatorbetriebsleistungen in einem Lagerhaus durch Sensoren und stellten fest, dass es aufgrund unterschiedlicher vertikaler Höhen einen siebenfachen Unterschied in der Luftgeschwindigkeit geben kann, und die Luftgeschwindigkeit an jeder Position korrelierte positiv mit der Betriebsleistung des Ventilators. Darüber hinaus untersuchte eine Studie die Auswirkungen der Ladeanordnung und der Anzahl der Lüfter auf den Luftstrom, und es wurde festgestellt, dass die Vergrößerung des Abstands einiger Lüfterpositionen und die rationale Wahl der Anzahl der Lüfter hilfreich waren, um den Effekt zu verbessern. Berry et al.18 untersuchten die Auswirkungen des Luftstroms in verschiedenen Lagerumgebungen von Früchten auf die Verteilung der Spaltöffnungen in Verpackungskartons. Mit Hilfe von Simulationssoftware untersuchten Dehghannya et al.19,20 den Luftströmungszustand von erzwungener vorkalter Luft in der Verpackung mit unterschiedlichen Entlüftungsbereichen, -mengen und -verteilungspositionen an der Verpackungswand und ermittelten den nichtlinearen Einfluss jedes Parameters auf den Luftströmungszustand. Delele et al.21 wandten ein numerisches Strömungssimulationsmodell an, um den Einfluss von Produkten, die zufällig in verschiedenen Formen von Lüftungskästen verteilt sind, auf den Luftstrom zu untersuchen. Sie fanden heraus, dass die Produktgröße, die Porosität und das Kastenlochverhältnis einen größeren Einfluss auf den Luftstrom hatten, während die zufällige Füllung einen geringeren Einfluss hatte. Ilangovan et al.22 untersuchten die Luftströmungsmuster und das thermische Verhalten zwischen den drei Verpackungsstrukturen und verglichen die Ergebnisse mit Referenzstrukturmodellen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Wärmeverteilung in der Box aufgrund der unterschiedlichen Positionen und Designs der Entlüftung nicht gleichmäßig war. Gong et al.23 optimierten die Breite des Spalts zwischen dem Rand des Tabletts und der Wand des Behälters.
Zu den Techniken, die in diesem Artikel verwendet werden, gehören Simulations- und Optimierungsmethoden. Das Prinzip der ersteren besteht darin, dass die zugrunde liegenden Gleichungen diskretisiert und numerisch mit der Finite-Volumen-Methode21 gelöst wurden. Die in diesem Artikel verwendete Optimierungsmethode wird als orthogonale Optimierung24 bezeichnet. Der orthogonale Test ist eine typische Multifaktor- und Multilevel-Analysemethode. Die mit dieser Methode erstellte orthogonale Tabelle enthält repräsentative, gleichmäßig im Designraum verteilte Punkte, die den gesamten Designraum visuell beschreiben und untersuchen können. Das heißt, weniger Punkte stellen den vollständigen Faktortest dar, was Zeit, Arbeitskraft, Material und finanzielle Ressourcen erheblich spart. Der orthogonale Test ist bei der Versuchsplanung in den Bereichen Energiesysteme, Chemie, Bauingenieurwesen usw. weit verbreitet25.
Das Ziel dieser Studie ist es, eine leistungsstarke belüftete Box zu entwerfen und zu optimieren. Eine belüftete Box kann als eine Originalbox definiert werden, die eine Gasregelvorrichtung enthält, die das Gas gleichmäßig in der Box verteilt. Die Gleichmäßigkeit der Geschwindigkeit bezieht sich darauf, wie gleichmäßig Luft durch den belüfteten Kasten strömt. Yun-De et al.26 haben bereits gezeigt, dass die Eigenschaft von mehrporigem Material einen wichtigen Einfluss auf die Geschwindigkeitsgleichmäßigkeit einer Frischgemüsekiste hat. In einigen Experimenten wurde sowohl am oberen als auch am unteren Rand der Testkammer ein Plenum oder eine modulierte Kammer belassen, um eine homogene Verteilung von erzwungener oder induzierter Luftzu gewährleisten 27. Der in diesem Artikel entworfene belüftete Kasten enthält Anordnungen von Rohren mit Zickzacklöchern. Die Kontrolle der Luftstromverteilung in der belüfteten Box ist die wichtigste Konservierungsstrategie. An der linken und rechten Seite des belüfteten Kastens befinden sich zwei gleich große Lufteinlässe, und an der Oberseite des Kastens befindet sich ein Auslass. Die Gestaltung der inneren Struktur einer belüfteten Box ist der Schlüssel zu dieser Studie. Mit anderen Worten, die Anzahl der Rohre und Löcher ist ein wichtiger Parameter für die Änderung der inneren Struktur des belüfteten Kastens. Das Referenzmodell hat 10 Rohre. Die beiden Mittelrohre haben jeweils 10 Löcher, die über die Rohre versetzt sind. Die Anzahl der Löcher vom mittleren bis zum äußeren Rohr erhöht sich um jeweils zwei.
Mit anderen Worten, wenn wir frisches Gemüse, Obst und andere Produkte aufbewahren, kann ein kontinuierlicher und stabiler Luftstrom die Atmung von Produkten reduzieren, Ethylen und andere schädliche Substanzen für die Produktkonservierung reduzieren und die von den Produkten selbst erzeugte Temperatur senken. Aufgrund der unterschiedlichen Parameter des belüfteten Kastens ist es nicht einfach, den erforderlichen Luftstromzustand zu erreichen, was sich auf die Konservierungseigenschaften des belüfteten Kastens auswirkt. Daher nimmt das Projekt die Gleichmäßigkeit der internen Luftströmungsgeschwindigkeit des belüfteten Kastens als Kontrollziel. Es wurde eine Sensitivitätsanalyse für die strukturellen Parameter des belüfteten Kastens durchgeführt. Die Proben wurden durch orthogonales Versuchsdesign ausgewählt. Mit Hilfe der Reichweitenanalyse haben wir die Kombination der drei Strukturparameter optimiert. Währenddessen überprüfen wir die Erwünschtheit der Optimierungsergebnisse.

<table><tbody><tr><td>Hardware</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>NVIDIA GPU</td><td>NVIDIA</td><td>N/A</td><td>Eine NVIDIA-GPU wird benötigt, da einige der unten aufgeführten Software-Frameworks sonst nicht funktionieren.</td></tr><tr><td>https://www.nvidia.com Software</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ansys-Workbench</td><td>ANSYS</td><td>N/A</td><td>Mehrzweck-Computerdesign-Software mit Finite-Elemente-Methode.https://www.ansys.com</td></tr><tr><td>SOLIDWORKS</td><td>Dassault Systèmes</td><td>N/A</td><td>SolidWorks bietet verschiedene Konstruktionslösungen, reduziert Fehler im Konstruktionsprozess und verbessert die Produktqualität www.solidworks.com</td></tr><tr><td>SPSS</td><td>IBM</td><td>N/A</td><td>Softwareprodukte für statistische Analyseoperationen, Data Mining, prädiktive Analyse und Software zur Entscheidungsunterstützung.https://www.ibm.com</td></tr></tbody></table>

design- und optimierungsstrategien einer hochleistungs-belüftungsbox

Design and Optimization Strategies of a High-Performance Vented Box

Diese Studie zielt darauf ab, die Probleme des Luftstromchaos und der schlechten Leistung in einem belüfteten Kasten zu lösen, die durch die heterogene Verteilung des Luftstroms durch das Design der inneren Struktur des belüfteten Kastens mit konstantem Energieverbrauch verursacht werden. Das Endziel ist es, den Luftstrom in der belüfteten Box gleichmäßig zu verteilen. Eine Sensitivitätsanalyse wurde für drei strukturelle Parameter durchgeführt: die Anzahl der Rohre, die Anzahl der Löcher im mittleren Rohr und die Anzahl der einzelnen Zuschläge vom Innen- zum Außenrohr. Insgesamt wurden 16 Random-Array-Sets von drei Strukturparametern mit vier Stufen unter Verwendung des orthogonalen Versuchsdesigns bestimmt. Kommerzielle Software wurde für die Erstellung eines 3D-Modells für die ausgewählten Versuchspunkte verwendet, und diese Daten wurden verwendet, um die Luftströmungsgeschwindigkeiten zu erhalten, die dann verwendet wurden, um die Standardabweichung jedes Versuchspunkts zu erhalten. Entsprechend der Reichweitenanalyse wurde die Kombination der drei Strukturparameter optimiert. Mit anderen Worten, es wurde eine effiziente und wirtschaftliche Optimierungsmethode unter Berücksichtigung der Leistung der belüfteten Box etabliert, die in großem Umfang zur Verlängerung der Lagerzeit von frischen Lebensmitteln eingesetzt werden kann.

Dem Protokoll folgend, waren die ersten drei Teile die wichtigsten, die Modellierung, Vernetzung und Simulation umfassen, um die Standardabweichung der Durchflussrate zu erhalten. Anschließend haben wir die Strukturoptimierung der belüfteten Box durch orthogonale Experimente und Entfernungsanalysen abgeschlossen. Das im Protokoll verwendete Modell ist das Modell mit belüfteter Referenzbox, bei dem es sich um das ursprüngliche Modell handelt, das aus der Referenz abgerufen wird. Abbildung 4 z...

Hier stellen wir die Methode der Reichweitenanalyse vor, um die durch ein orthogonales Versuchsdesign generierten Probenpunkte zu optimieren, um sicherzustellen, dass frische Lebensmittel durch Regulierung des Luftstrommusters lange Zeit in einer belüfteten Box gelagert werden können.

Design- und Optimierungsstrategien einer Hochleistungs-Belüftungsbox

This study aims to solve the problems of air flow chaos and poor performance in a vented box caused by the heterogeneous distribution of airflow through ...

Diese Studie zielt darauf ab, die Probleme des Luftstromchaos und der schlechten Leistung im belüfteten Kasten zu lösen, die durch die unangemessene Verteilung des Luftstroms durch die Konstruktion der inneren Struktur des belüfteten Kastens unter der Prämisse eines konstanten Energieverbrauchs verursacht werden. Es wurde eine effiziente und wirtschaftliche Optimierungsmethode unter Berücksichtigung der Leistung der belüfteten Box etabliert, die leicht zur Verlängerung der Lagerzeit von frischen Lebensmitteln eingesetzt werden kann. Das Ziel dieser Studie ist es, einen belüfteten Hochleistungskasten zu entwerfen und zu optimieren, der eine Anordnung von Rohren mit Zickzacklöchern enthält.An der linken und rechten Seite des belüfteten Kastens befinden sich zwei gleich große Lufteinlässe, und an der Oberseite des belüfteten Kastens wurde ein Auslass angeordnet. Das Referenzmodell hat 10 Rohre. Die beiden mittleren Rohre haben jeweils 10 Löcher, die über die Rohre versetzt sind.Die Anzahl der Löcher vom mittleren zum äußeren Rohr wird um jeweils zwei erhöht. Unter Berücksichtigung der Rohranordnungen werden die dreidimensionale untere Hälfte und die obere Hälfte der belüfteten Kastenmodelle mit Hilfe einer dreidimensionalen Software erstellt und als XT-Dateien gespeichert. Führen Sie die Simulationssoftware aus, und ziehen Sie die Netzkomponente aus den Komponentensystemen in das Projektschaltplanfenster.Nennen Sie es als bottom. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Geometrie und klicken Sie auf Durchsuchen, um die untere XT-Datei zu importieren. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Geometrie, und klicken Sie auf Neue Design-Modellierer-Geometrie, um das Fenster des Netzdesign-Modellierers aufzurufen.Klicken Sie auf Generieren, um das untere Modell anzuzeigen. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die obere Oberfläche, und klicken Sie auf die benannte Auswahl, um sie in Belüftete Box oben umzubenennen. Wählen Sie die Auswahlfilterkörper aus.Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das untere Modell, um die benannte Auswahl auszuwählen, und benennen Sie es unten um. Wählen Sie die Auswahlfilterflächen aus und schalten Sie den Auswahlmodus auf die Feldauswahl um. Wählen Sie alle Innenflächen aus und klicken Sie mit der rechten Maustaste, um die benannte Auswahl auszuwählen und sie später in Innenflächen extern umzubenennen, die als Netzschnittstellen definiert sind.Kehren Sie zum Anfangsfenster zurück. Doppelklicken Sie auf das Gitter der Unterseite. Rufen Sie das Vernetzungsfenster auf.Ändern Sie die physikalische Präferenz von mechanisch auf CFD. Klicken Sie auf die Aktualisierung, um das Netzmodell zu generieren. Kehren Sie zum Anfangsfenster zurück.Ziehen Sie die Netzkomponente aus den Komponentensystemen in das Projektschaltplanfenster. Nennen Sie es als top. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Geometrie und klicken Sie auf Durchsuchen, um die oberste XT-Datei zu importieren.Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Geometrie, und klicken Sie auf Neue Design-Modellierer-Geometrie, um das Fenster des Netzdesign-Modellierers aufzurufen. Klicken Sie auf Generieren, um das oberste Modell anzuzeigen. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die untere Oberfläche, und klicken Sie auf die benannte Auswahl, um sie in belüfteten Rahmen unten umzubenennen.Wählen Sie die Auswahlfilterkörper aus. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das oberste Modell, um eine benannte Auswahl auszuwählen, und benennen Sie es in oben um. Wählen Sie die Auswahlfilterflächen aus.Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die obere Oberfläche, und klicken Sie auf die benannte Auswahl, um sie in Auslass umzubenennen. Kehren Sie zum Anfangsfenster zurück. Doppelklicken Sie auf das Netz der Oberseite.Rufen Sie das Vernetzungsfenster auf. Ändern Sie die physikalische Präferenz von mechanisch auf CFD. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das Netz, um die Größe in der Einfügung auszuwählen.Wählen Sie die Auswahlfilterkörper aus. Wählen Sie das Top-Modell und die Top 18 in Elementgröße aus. Klicken Sie auf Aktualisieren.Kehren Sie zum Anfangsfenster zurück. Ziehen Sie die Netzkomponente aus den Komponentensystemen in das Projektschaltplanfenster. Nennen Sie es als Pipe.Importieren Sie die Pipe XT-Datei, indem Sie auf Geometrie klicken. Rufen Sie das Fenster des Netzentwurfsmodellierers auf. Das Haltungsmodell wird erneut angezeigt, wenn Sie auf Generieren klicken.Wählen Sie die beiden Endflächen der Haltung aus, und beschriften Sie sie als Einlass eins und Einlass zwei. Die Auswahl der Haltung nach Körper wird als Haltung bezeichnet. Alle Innenflächen, die durch die Auswahl des Kästchens ausgewählt werden, werden als interne Innenflächen beschriftet, die später als Netzschnittstellen definiert werden.Kehren Sie zum Anfangsfenster zurück. Doppelklicken Sie auf das Rohrnetz. Rufen Sie das Vernetzungsfenster auf.Ändern Sie die physikalische Präferenz von mechanisch auf CFD. Das Netzmodell kann generiert werden, indem Sie auf Aktualisieren klicken. Kehren Sie zum Anfangsfenster zurück.Ziehen Sie die Simulationskomponente in das Projektschaltplanfenster. Verknüpfen Sie drei Netzkomponenten mit der Simulationskomponente und aktualisieren Sie sie, um sie einzugeben. Überprüfen Sie die Qualität des Netzmodells.Prüfen Sie, ob das Netz ein negatives Volumen hat. Wählen Sie Steady, Relaxationsfaktor, Residual- und Zeitskalenfaktor aus. Wählen Sie Standardwerte aus.Geben Sie die Einstellschnittstelle des viskosen Modells ein, um das K-Epsilon-Modell auszuwählen. Stellen Sie das Luftmaterial ein. Ändern Sie den Typ der Zellzone in Flüssigkeit.Konvertieren Sie den Typ des oberen belüfteten Kastens, des unteren Belüftungskastens, der äußeren Innenflächen und der inneren Innenflächen von der Standardwand in die Schnittstelle. Öffnen Sie die Mesh-Interfaces und rufen Sie das Fenster Mesh-Interfaces erstellen/bearbeiten auf. Passen Sie die Innenflächen außen an die Innenflächen innen an.Passen Sie die belüftete Box oben an die belüftete Box unten an. Schließlich werden die beiden Netzschnittstellen zwischen der belüfteten Box erstellt und als Schnittstelle eins bzw. Schnittstelle zwei bezeichnet. Stellen Sie die Luftströmungsgeschwindigkeiten aller Einlässe im Geschwindigkeitseinlassfenster auf 8,9525 Meter pro Sekunde ein.Stellen Sie den Überdruck des Auslasses im Druckausgangsfenster auf Null ein. Legen Sie den Stil der Projektmappeninitialisierung vor der Initialisierung als Standardinitialisierung fest. Legen Sie die Anzahl der Iterationen auf 2000 fest.Klicken Sie auf Berechnen, um die Simulation zu starten, und kehren Sie zum Anfangsfenster zurück, bis die Simulation beendet ist. Klicken Sie auf die Ergebnisse. Geben Sie das CFD-Post-Fenster ein.Klicken Sie in der Toolbox auf das Symbol von Streamline. Wählen Sie den Auslass in Start- und Rückwärtsrichtung aus. Klicken Sie auf Anwenden, um das interne Flussdiagramm des belüfteten Kastens zu erstellen.Klicken Sie auf die Ebene in Position. Wählen Sie die ZX-Ebene in der Methode aus und geben Sie den Wert 0,6 ein. Klicken Sie auf Anwenden, um die Ebene 0,6 Meter von der Unterseite entfernt zu generieren.Klicken Sie auf das Symbol der Kontur in der Toolbox. Wählen Sie Ebene eins in Positionen aus. Wählen Sie die Geschwindigkeit in der Variablen aus.Wählen Sie "Lokal in Reichweite" aus. Klicken Sie auf Anwenden, um die Geschwindigkeitskontur zu generieren. Exportieren Sie die Durchflussdaten für die oben generierte Ebene.Erfassen Sie die Standardabweichung der Durchflussrate in Excel. Führen Sie die statistische Analysesoftware aus. Klicken Sie auf Daten, und klicken Sie auf In orthogonalem Design generieren.Geben Sie die Pipe-Nummer in den Faktornamen und A in die Faktorbeschriftung ein. Klicken Sie auf Werte hinzufügen und definieren, um vier Ebenen für die Anzahl der Haltungen festzulegen. Klicken Sie auf "Weiter" und kehren Sie zum Fenster "Orthogonales Design generieren" zurück.Geben Sie die Bohrungsnummer in den Namen des Faktors und B in die Beschriftung des Faktors ein. Klicken Sie auf Werte hinzufügen und definieren, um vier Stufen für die Anzahl der Bohrungen festzulegen. Klicken Sie auf "Weiter" und kehren Sie zum Fenster "Orthogonales Design generieren" zurück.Geben Sie die kumulative Zahl in den Faktornamen und C in die Faktorbezeichnung ein. Klicken Sie auf Werte hinzufügen und definieren, um vier Stufen für die Anzahl der Inkremente festzulegen. Klicken Sie auf "Weiter" und erstellen Sie eine neue Datendatei, um 16 Array-Samples zu generieren.Klicken Sie auf die Variablenansicht, um nominal in der Kennzahl und Eingabe in der Rolle auszuwählen. Benennen Sie sie in Standardabweichung mal 100.000 um. Wiederholen Sie die Schritte 1.1 bis 2.5 mit den obigen Musterpunkten.Die resultierenden 16 Standardabweichungen multipliziert mit 100.000 werden zur späteren Optimierung in die Stichprobenliste eingetragen. Klicken Sie auf Analysieren, und klicken Sie auf Univariat im allgemeinen linearen Modell. Füllen Sie die Standardabweichung mal 100.000 in die abhängige Variable und füllen Sie die Rohrnummer, die Lochnummer, die kumulative Zahl in feste Faktoren.Klicken Sie auf Modell- und Build-Terme. Ändern Sie die Interaktion in Haupteffekte. Füllen Sie A, B, C in das Modell ein.Klicken Sie auf "Weiter" und kehren Sie zum univariaten Fenster zurück. Klicken Sie auf EM-Mittelwerte und füllen Sie A, B, C in Anzeigemittel für ein. Klicken Sie auf "Weiter" und kehren Sie zum univariaten Fenster zurück.Klicken Sie auf OK und erhalten Sie das Optimierungsergebnis. Der Minimalwert der Mittelwertspalte in der Tabelle entspricht der optimalen Variablen. Doppelklicken Sie auf die Tabelle.Geben Sie das Pivot-Tabellenfenster ein. Klicken Sie auf Bearbeiten und dann auf den Balken in Diagramm erstellen, um das Histogramm zu generieren. Wie in Abbildung vier und fünf gezeigt, ist die Stromlinienlinie des späteren belüfteten Kastens aufgrund der inneren Struktur des belüfteten Kastens noch unordentlicher als die des ersteren.Wie in Abbildung sechs und sieben dargestellt, ist die Durchflussrate in der belüfteten Box, die eines der Modelle ist, die für die Sensitivitätsanalyse verwendet werden, ungleichmäßiger. Um die Stromlinienverteilung innerhalb der belüfteten Box intuitiver zu verstehen, wird die Standardabweichung nach dieser Formel berechnet. Tabelle eins zeigt die Standardabweichung der Durchflussraten für die 10 Gruppen der belüfteten Box, die für die Sensitivitätsanalyse verwendet werden.Eine große Standardabweichung stellt eine große Differenz zwischen den meisten Durchflussraten und ihrer mittleren Durchflussrate dar. Daraus ist ersichtlich, dass eine Änderung der inneren Struktur des belüfteten Kastens seine interne Strömung verändern kann und die Stromlinienführung sinnvoller macht. Beim Entwerfen des orthogonalen Experiments gibt es in diesem Artikel drei Versuchsplanvariablen.Jede dieser drei Variablen hat vier Ebenen. Wie in der Tabelle dargestellt, wurden 16 Gruppen von Versuchsplanungspunkten durch orthogonales Versuchsdesign erhalten. Die Standardabweichungen werden berechnet.Letztendlich wird die Methode der Reichweitenanalyse als Optimierungsmethode verwendet, um die optimale Strukturparameterkombination zu ermitteln. Abbildung acht zeigt das Optimierungsergebnis für den Strukturparameter über die Anzahl der Rohre. Daraus können wir ersehen, dass der Mindestwert erreicht wird, wenn die Anzahl der Rohre 14 beträgt.Abbildung neun zeigt das Optimierungsergebnis für den Strukturparameter über die Anzahl der Löcher in den mittleren Rohren. Daraus können wir ersehen, dass der Mindestwert erreicht wird, wenn die Anzahl der Löcher in den mittleren Rohren 14 beträgt. Abbildung 10 zeigt das Optimierungsergebnis für den Strukturparameter über die Anzahl der einzelnen Inkrement vom Innen- zum Außenrohr.Daraus können wir ersehen, dass der Mindestwert erhalten wird, wenn die Anzahl jedes Inkrements vom inneren zum äußeren Rohr vier beträgt. Die obige Analyse zeigt, dass die optimale Kombination Rohr Nummer 14, Bohrloch Nummer 14, kumulative Nummer vier ist. Um die Genauigkeit zu bestätigen, wurde der optimale Fall analysiert.Die Abbildungen vier und 11 zeigen die Stromlinienlinie des Referenzmodells im Vergleich zum optimierten Modell. Die Abbildungen sechs und 12 zeigen die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung innerhalb des Referenzmodells im Vergleich zum optimierten Modell. Tabelle drei zeigt den Vergleich zwischen dem Optimierungsmodell und dem Referenzmodell.Es ist ersichtlich, dass die vom optimierten Modell berechnete Standardabweichung im Vergleich zur Standardabweichung des Referenzmodells geringer ist. Tabelle vier zeigt die Zunahme der Anzahl der Bohrlöcher von vier auf sechs, wobei sich die Standardabweichung kaum ändert. In diesem Artikel wird die innere Umgebung der belüfteten Box durch Optimierung ihrer Struktur verbessert, und die Qualität ihrer internen Umgebung wird anhand der Standardabweichung gemessen.Je kleiner die Standardabweichung ist, desto sinnvoller ist der Luftstrom im Inneren des belüfteten Kastens, was darauf hinweist, dass die in dieser Arbeit verwendete Optimierungsmethode effektiv und durchführbar ist.

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Forschung

JoVE Journal

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